“死亡”白矮星“復活”：NASA X射線新視角揭示宇宙吞噬狂潮幾何結構

美國宇航局（NASA）的成像X射線偏振探測器（IXPE）近日首次對一顆白矮星進行觀測，通過測量其發出X射線的偏振特性，成功解析了一套高能雙星系統中物質在極端引力與強磁場作用下的運動與分布，為天文學家展示了此前任何望遠鏡都難以窺見的“宇宙進食幾何結構”。 這項研究的主角是距離地球約200光年的EX Hydrae，它所在的長蛇座系統成為首個被IXPE深入解析的白矮星X射線偏振樣本。

IXPE在2024年對EX Hydrae進行了近一周的持續觀測，科研團隊由美國麻省理工學院（MIT）天體物理學家牽頭，多所大學和研究機構參與，成果已發表于相關學術期刊。 白矮星是一類“耗盡生命燃料”的恒星殘骸，當恒星核心中的氫燃料耗盡且質量不足以觸發核心坍縮超新星爆發時，其核心會在引力壓縮下變得極為致密，將接近一顆太陽的質量壓縮到大致與地球相仿的體積內。

EX Hydrae身處一套雙星系統：與其相伴的是一顆仍在正常燃燒的主序星，后者不斷向白矮星“泄漏”氣體，這些物質在引力牽引下源源不斷落向白矮星表面。 物質聚集與落到白矮星表面的過程被稱為吸積，具體“落點”與路徑則取決于白矮星磁場的強弱與結構。 在EX Hydrae這一系統中，白矮星的磁場不足以將所有流入物質直接導向其磁極，但又強到打亂完全對稱的吸積盤結構，使其被歸類為所謂的“中間極”類型系統。

在這類系統中，來自伴星的氣體一方面在白矮星周圍形成高速旋轉的吸積盤，另一方面又在磁場引導下被部分輸送至白矮星磁極區域。 隨著物質持續向內墜落并發生撞擊，其溫度被加熱到數千萬度之高，形成高聳的熾熱氣柱，以極高能量釋放出X射線輻射，使這一類目標成為IXPE理想的觀測對象。

通過偏振觀測數據，科研人員首次在不依賴大量模型假設的情況下，推算出了白矮星吸積柱的幾何高度，約為近2000英里（約3200公里），這一尺度遠遠小于任何望遠鏡可直接分辨的空間細節。 論文第一作者肖恩·岡德森表示，從IXPE捕獲的X射線偏振特征來看，部分高能X射線很可能在白矮星表面發生散射，這種散射痕跡幫助團隊重建出吸積柱的空間結構，顯示出偏振探測在解析極端天體內部結構方面前所未有的能力。

研究人員指出，此次對EX Hydrae的詳細測量，不僅揭示了白矮星吸積結構的高度與形狀，還為理解宇宙中其他高能雙星系統（尤其是強磁場與強X射線源主導的系統）提供了重要參照。 隨著更多目標被納入IXPE觀測計劃，天文學界有望在磁場主導吸積過程、極端引力環境下物質的輻射機理等關鍵問題上獲得更加清晰的答案。

IXPE任務由NASA與意大利航天局聯合實施，涉及12個國家的科學合作伙伴，由位于阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾航天飛行中心負責任務整體領導。 航天器運行由位于弗吉尼亞州福爾斯徹奇的BAE系統公司負責，并與科羅拉多大學大氣與空間物理實驗室協同開展工作，持續為全球科研界提供關于黑洞、中子星、超新星殘骸等極端宇宙天體的獨特偏振觀測數據。

編譯自/ScitechDaily